خصائص الريبوسومات ، أنواعها ، هيكلها ، وظائفها



ال ريبوسوم هم العضيات الخلوية الأكثر وفرة وتشارك في تخليق البروتينات. ليست محاطة بغشاء وتتشكل من نوعين من الوحدات الفرعية: الكبيرة والصغيرة ، وكقاعدة عامة ، الوحدة الفرعية الكبيرة هي تقريبا ضعف الصغيرة.

السلالة بدائية النواة لها ريبسومات 70S تتكون من وحدة فرعية كبيرة 50S و 30 S صغيرة. وبالمثل ، تتكون الريبوسومات من سلالة حقيقية النواة من وحدة فرعية 60S كبيرة ووحدة فرعية صغيرة 40S..

يشبه الريبوسوم أي مصنع متحرك ، قادر على قراءة الحمض النووي الريبي messenger ، وترجمته إلى أحماض أمينية وتجليدها بواسطة روابط الببتيد.

الريبوسومات تعادل حوالي 10 ٪ من مجموع البروتينات في البكتيريا وأكثر من 80 ٪ من إجمالي كمية الحمض النووي الريبي. في حالة حقيقيات النوى ، فهي ليست وفيرة فيما يتعلق بالبروتينات الأخرى ولكن عددها أكبر.

في عام 1950 ، تصور الباحث جورج بالاد الريبوسومات لأول مرة ، وحصل هذا الاكتشاف على جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب.

مؤشر

  • 1 الخصائص العامة
  • 2 هيكل
  • 3 أنواع
    • 3.1 الريبوسومات في بدائيات النوى
    • 3.2 الريبوسومات في حقيقيات النوى
    • 3.3 الريبوسومات في Arqueas
    • 3.4 معامل الترسيب
  • 4 وظائف
    • 4.1 ترجمة البروتينات
    • 4.2 نقل الحمض النووي الريبي
    • 4.3 الخطوات الكيميائية لتخليق البروتين
    • 4.4 الريبوسومات والمضادات الحيوية
  • 5 توليف الريبوسومات
    • 5.1 جينات الريبوسوم RNA
  • 6 الأصل والتطور
  • 7 المراجع

الخصائص العامة

الريبوسومات هي مكونات أساسية لجميع الخلايا وترتبط بتوليف البروتين. إنها صغيرة الحجم جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها إلا في ضوء المجهر الإلكتروني.

الريبوسومات خالية في السيتوبلازم في الخلية ، وترتكز على الشبكة الإندوبلازمية الخشنة - تعطي الريبوسومات ذلك المظهر "المتجعد" - وفي بعض العضيات ، مثل الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء.

الريبوسومات المرتبطة بالأغشية هي المسؤولة عن تخليق البروتينات التي سيتم إدخالها في غشاء البلازما أو إرسالها إلى خارج الخلية.

تقوم الريبوسومات الحرة ، التي لا تقترن بأي بنية في السيتوبلازم ، بتوليف البروتينات التي تكون وجهتها هي داخل الخلية. أخيرًا ، تقوم ريبوسومات الميتوكوندريا بتوليف البروتينات للاستخدام في الميتوكوندريا.

بنفس الطريقة ، يمكن أن تنضم عدة ريبوزومات وتشكل "بوليريبوسومات" ، وتشكل سلسلة مقرونة بحمض RNA الرسوبي ، وتوليف البروتين نفسه ، عدة مرات وفي وقت واحد

تتكون جميعها من وحدتين فرعيتين: واحدة تسمى كبيرة أو أكبر والأخرى صغيرة أو أصغر.

يرى بعض المؤلفين أن الريبوسومات هي عضيات غير غشائية ، لأنها تفتقر إلى هذه الهياكل الدهنية ، على الرغم من أن باحثين آخرين لا يعتبرونها عضيات أنفسهم..

هيكل

الريبوسومات عبارة عن تراكيب خلوية صغيرة (من 29 إلى 32 نانومتر ، حسب مجموعة الكائنات الحية) ، مدورة وكثيفة ، تتكون من جزيئات الرنا الريباسي وجزيئات البروتين ، والتي ترتبط مع بعضها البعض.

أكثر الريبوسومات التي تمت دراستها هي تلك الموجودة في eubacteria و archaea و حقيقيات النواة. في النسب الأول تكون الريبوسومات أبسط وأصغر. الريبوسومات حقيقية النواة ، من ناحية أخرى ، أكثر تعقيدًا وأكبر. في الأركيا ، تكون الريبوسومات أكثر شبهاً بكلا المجموعتين في جوانب معينة.

إن ريبوسومات الفقاريات و كاسبات البذور (النباتات المزهرة) معقدة بشكل خاص.

تتكون كل وحدة فرعية من الريبوسوم من الحمض النووي الريبي الريبوسومي ومجموعة كبيرة ومتنوعة من البروتينات. يمكن أن تتكون الوحدة الفرعية الكبيرة من جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة ، بالإضافة إلى الحمض النووي الريبي الريبوسومي.

تقترن البروتينات إلى الحمض النووي الريبي الريباسي في مناطق محددة ، بعد طلب. داخل الريبوسومات ، يمكن التمييز بين عدة مواقع نشطة ، مثل المناطق الحفزية.

الريبوسوم RNA ذو أهمية حاسمة بالنسبة للخلية ويمكن ملاحظة ذلك في تسلسله ، والذي لم يتغير عمليًا أثناء التطور ، مما يعكس الضغوط الانتقائية العالية ضد أي تغيير.

نوع

الريبوسومات في بدائيات النوى

البكتيريا ، مثل كولاي, لديهم أكثر من 15000 ريبوزوم (بنسب تعادل حوالي ربع الوزن الجاف للخلية البكتيرية).

يبلغ قطر الريبوسومات في البكتيريا حوالي 18 نانومتر وتتكون من الحمض النووي الريبي الريباسي 65 ٪ و 35 ٪ فقط من البروتينات من مختلف الأحجام ، ما بين 6000 و 75000 كيلو دالتون.

الوحدة الفرعية الكبيرة تسمى 50S و 30 S الصغيرة ، التي تتحد لتشكل بنية 70S مع كتلة جزيئية 2.5 × 106 كيلو دالتون.

الوحدة الفرعية 30S ممدودة وليست متماثلة ، في حين أن 50S أكثر سمكًا وأقصر.

وحدة صغيرة من كولاي وهي تتألف من 16 RNA الريبوسوم (1542 قاعدة) و 21 بروتينات وفي الوحدة الفرعية الكبيرة هي 23S RNA الريبوسوم (2904 قواعد) ، 5S (1542 قواعد) و 31 بروتينات. البروتينات التي تؤلفها أساسية وتختلف الأرقام حسب التركيب.

يتم تجميع جزيئات الحمض النووي الريبي الريباسي ، جنبًا إلى جنب مع البروتينات ، في بنية ثانوية مماثلة للأنواع الأخرى من الحمض النووي الريبي.

الريبوسومات في حقيقيات النوى

الريبوسومات في حقيقيات النوى (80S) أكبر ، مع نسبة أعلى من الحمض النووي الريبي والبروتين. RNAs أطول وتسمى 18S و 28 S. كما هو الحال في بدائيات النوى ، يهيمن RNA على تكوين الريبوسومات.

في هذه الكائنات الحية يكون للريبوسوم كتلة جزيئية قدرها 4.2 × 106 كيلو دالتون وهي مقسمة إلى الوحدة الفرعية 40S و 60S.

تحتوي الوحدة الفرعية 40S على جزيء RNA واحد ، و 18 S (1874 قاعدة) وحوالي 33 بروتينًا. وبالمثل ، تحتوي الوحدة الفرعية 60S على RNA 28S (4718 قاعدة) و 5.8 S (160 قاعدة) و 5 S (120 قاعدة). بالإضافة إلى ذلك ، يتكون من البروتينات الأساسية والبروتينات الحمضية.

الريبوسومات في Arqueas

الأركيا هي مجموعة من الكائنات المجهرية تشبه البكتيريا ، ولكنها تختلف في العديد من الخصائص التي تشكل مجالًا منفصلًا. انهم يعيشون في بيئات متنوعة وقادرة على استعمار البيئات القاسية.

تتشابه أنواع الريبوسومات الموجودة في الأركيا مع ريبوسومات الكائنات حقيقية النواة ، على الرغم من أن لها أيضًا بعض خصائص الريبوسومات البكتيرية.

له ثلاثة أنواع من جزيئات الحمض النووي الريبي الريباسي: 16S ، 23S و 5S ، إلى جانب 50 أو 70 بروتينات ، وهذا يتوقف على نوع الدراسة. فيما يتعلق بالحجم ، فإن ريبوسوم الأركيا أقرب إلى البكتيريا (70S مع وحدتين فرعيتين 30S و 50S) ولكن من حيث تركيبها الأساسي فهي أقرب إلى حقيقيات النوى.

نظرًا لأن البلوط القديم يسكن عادةً البيئات ذات درجات الحرارة المرتفعة وتركيزات الملح العالية ، فإن الريبوسومات الخاصة بهم تكون شديدة المقاومة.

معامل الترسيب

يشير S أو Svedbergs إلى معامل ترسيب الجسيمات. يعبر عن العلاقة بين سرعة الترسيب الثابت بين التسارع المطبق. هذا المقياس له أبعاد زمنية.

لاحظ أن Svedbergs ليست إضافات ، لأنها تأخذ في الاعتبار كتلة وشكل الجسيمات. لهذا السبب ، في البكتيريا فإن الريبوسوم المكون من 50 وحدة فرعية و 30 ثانية لا يضيف 80 ثانية ، كما أن الوحدات الفرعية 40S و 60S لا تشكل الريبوسوم 90S.

وظائف

الريبوسومات هي المسؤولة عن التوسط في عملية تخليق البروتين في خلايا جميع الكائنات الحية ، كونها آلية بيولوجية عالمية.

تمكنت الريبوسومات - إلى جانب الحمض النووي الريبي المنقول والحمض النووي الريبي المرسال - من فك شفرة رسالة الحمض النووي وتفسيرها في سلسلة من الأحماض الأمينية التي تشكل جميع بروتينات الكائن الحي ، في عملية تسمى الترجمة.

في ضوء علم الأحياء ، تشير كلمة الترجمة إلى تغيير "اللغة" من ثلاثة أضعاف النوكليوتيدات إلى الأحماض الأمينية.

هذه الهياكل هي الجزء المركزي من الترجمة ، حيث تحدث معظم ردود الفعل ، مثل تكوين روابط الببتيد وإطلاق البروتين الجديد.

ترجمة البروتينات

تبدأ عملية تكوين البروتين بالربط بين الحمض النووي الريبي للرسول والريبوسوم. يتحرك الرسول عبر هذا الهيكل في نهاية محددة تسمى "كود بدء السلسلة".

أثناء مرور RNA عبر الريبوسوم ، يتشكل جزيء بروتين ، لأن الريبوسوم قادر على تفسير الرسالة المشفرة في الرسول..

يتم تشفير هذه الرسالة بثلاثة أضعاف من النيوكليوتيدات ، حيث تشير كل ثلاث قواعد إلى حمض أميني معين. على سبيل المثال ، إذا كان messenger RNA يحمل التسلسل: AUG AUU CUU UUG GCU ، يتكون الببتيد المكون من الأحماض الأمينية: ميثيونين ، إيزوليوسين ، ليوسين ، ليوسين ، وألانين.

يوضح هذا المثال "انحطاط" الشفرة الوراثية ، حيث إن أكثر من كودون واحد - في هذه الحالة CUU و UUG - هو ترميز لنفس نوع الحمض الأميني. عندما يكتشف الريبوسوم رمز التوقف في الرنا المرسال ، تنتهي الترجمة.

يحتوي الريبوسوم على موقع A وموقع P. ويربط موقع P بين pptidyl-tRNA وفي موقع A يدخل aminoacyl-tRNA..

نقل الحمض النووي الريبي

RNAs نقل مسؤولة عن نقل الأحماض الأمينية إلى الريبوسوم ولها تسلسل مكملة للثلاثي. هناك الحمض النووي الريبي نقل لكل من الأحماض الأمينية 20 التي تشكل البروتينات.

الخطوات الكيميائية لتخليق البروتين

تبدأ العملية بتفعيل كل حمض أميني بربط ATP في مجمع أحادي الفوسفات الأدينوزين ، مما يؤدي إلى إطلاق فوسفات عالي الطاقة.

والخطوة السابقة تؤدي إلى وجود حمض أميني مع طاقة زائدة وتجليد يحدث مع الحمض النووي الريبي نقله ، لتشكيل مجمع الحمض الأميني الحمض النووي الريبي. يحدث إطلاق أدينوسين أحادي الفوسفات هنا.

في الريبوسوم ، يعثر نقل الحمض النووي الريبي على الرنا المرسال. في هذه الخطوة ، يختلط تسلسل النقل أو RNA المضاد مع كودون أو ثلاثة أضعاف من RNA messenger. وهذا يؤدي إلى محاذاة الأحماض الأمينية مع تسلسلها الصحيح.

إن إنزيم الببتيد ترانسفاز هو المسؤول عن تحفيز تكوين روابط الببتيد التي تربط الأحماض الأمينية. تستهلك هذه العملية كميات كبيرة من الطاقة ، لأنها تتطلب تكوين أربع روابط عالية الطاقة لكل حمض أميني يرتبط بالسلسلة.

يزيل التفاعل جذري الهيدروكسيل في نهاية COOH من الأحماض الأمينية ويزيل الهيدروجين في نهاية NH2 من الأحماض الأمينية الأخرى. ترتبط المناطق التفاعلية للأحماض الأمينية وتخلق رابطة الببتيد.

الريبوسومات والمضادات الحيوية

نظرًا لأن تخليق البروتين يعد حدثًا لا غنى عنه للبكتيريا ، فإن بعض المضادات الحيوية تستهدف الريبوسومات ومراحل مختلفة من عملية الترجمة.

على سبيل المثال ، يرتبط الستربتومايسين بالوحدة الفرعية الصغيرة للتدخل في عملية الترجمة ، مما يسبب أخطاء في قراءة messenger RNA.

يمكن أن تسبب المضادات الحيوية الأخرى مثل النيومايسين والجنتاميسين أيضًا أخطاء في الترجمة ، بالإضافة إلى الوحدة الفرعية الصغيرة.

توليف الريبوسومات

تم العثور على جميع الآلات الخلوية اللازمة لتوليف الريبوسومات في النواة ، وهي منطقة كثيفة من النواة غير محاطة بالبنى الغشائية.

النواة هي بنية متغيرة تبعًا لنوع الخلية: فهي كبيرة وملموسة في الخلايا ذات المتطلبات البروتينية العالية وهي منطقة غير محسوسة تقريبًا في الخلايا التي توليف كمية صغيرة من البروتينات.

تحدث معالجة الريبوسوم RNA في هذا المجال ، حيث يقترن بالبروتينات الريبوسومية وتؤدي إلى منتجات التكثيف الحبيبي ، وهي الوحدات الفرعية غير الناضجة التي شكلت الريبوسومات الوظيفية.

يتم نقل وحدات فرعية خارج النواة - من خلال المسام النووية - إلى السيتوبلازم ، حيث يتم تجميعها في الريبوسومات الناضجة التي يمكن أن تبدأ تخليق البروتين.

جينات الريبوسوم RNA

في البشر ، توجد الجينات التي ترمز إلى الحمض النووي الريبي الريبوسومي في خمسة أزواج من الكروموسومات المحددة: 13 و 14 و 15 و 21 و 22. وبما أن الخلايا تتطلب كميات كبيرة من الريبوسومات ، فإن الجينات تتكرر عدة مرات في هذه الكروموسومات..

تقوم جينات النواة بتشفير RNAs الريباسي 5.8 و 18 S و 28 S ويتم نسخها بواسطة بوليميريز RNA في نسخة مسبقة من 45S. لا يتم تصنيع 5S الريبوسوم الحمض النووي الريبي في النواة.

الأصل والتطور

يجب أن تكون الريبوسومات الحديثة قد ظهرت في زمن LUCA ، آخر سلف مشترك عالمي (الاختصارات باللغة الإنجليزية آخر سلف عالمي مشترك) ، وربما في العالم الافتراضي من الحمض النووي الريبي. يقترح أن نقل الحمض النووي الريبي كانت أساسية لتطور الريبوسومات.

يمكن أن يظهر هذا الهيكل كمجمع مع وظائف التكرار الذاتي التي اكتسبت بعد ذلك وظائف لتخليق الأحماض الأمينية. واحدة من أبرز خصائص الحمض النووي الريبي هو قدرتها على تحفيز تكرارها.

مراجع

  1. Berg JM، Tymoczko JL، Stryer L. (2002). كيمياء حيوية. الطبعة الخامسة. نيويورك: دبليو إتش فريمان. القسم 29.3 ، الريبوسوم هو جزيء بروتين نووي ريبي (70S) مصنوع من وحدة صغيرة (30S) ووحدة فرعية كبيرة (50S). متاح في: ncbi.nlm.nih.gov
  2. كورتيس ، هـ. ، وشانك ، أ. (2006). دعوة إلى علم الأحياء. Ed. Panamericana Medical.
  3. Fox، G. E. (2010). أصل وتطور الريبوسوم. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء, 2(9) ، a003483.
  4. Hall، J. E. (2015). Guyton وهول كتاب من علم وظائف الأعضاء الطبية الكتاب الإلكتروني. العلوم الصحية إلسفير.
  5. لوين ، ب. (1993). الجينات. المجلد 1. Reverte.
  6. لوديش ، هـ. (2005). البيولوجيا الخلوية والجزيئية. Ed. Panamericana Medical.
  7. راماكريشنان ، ف. (2002). هيكل الريبوسوم وآلية الترجمة. خلية, 108(4) ، 557-572.
  8. تورتورا ، ج. ج. ، فونك ، ب. ر. ، وكيس ، س. ل. (2007). مقدمة في علم الأحياء المجهرية. Ed. Panamericana Medical.
  9. Wilson، D. N.، & Cate، J. H. D. (2012). هيكل ووظيفة الريبوسوم حقيقي النواة. وجهات نظر كولد سبرينج هاربور في علم الأحياء, 4(5) ، a011536.